JP4792296B2 - Wind power generator - Google Patents

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Description

本発明は風力によって振動を発生させ、この振動エネルギーを電気エネルギーに変換して取り出す風力発電装置に関する。   The present invention relates to a wind turbine generator that generates vibrations by wind force and converts the vibration energy into electric energy to be extracted.

近年、クリーンなエネルギーを用いた発電方法として、流体の力を利用した発電装置が注目されている。例えば、振動体である円柱に流体によって励起される振動をもとに、コイルおよび永久磁石を用いた電磁誘導により直接発電を行う方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。そして、この特許文献1によれば、振動体として、斜張橋の吊りワイヤや高圧電線等を利用することができることが述べられている。また、特許文献1には、円柱状振動体の振動を圧電素子に与えて圧電素子に剪断変形を生じさせ、これにより電気エネルギーを得る方法が開示されている。   In recent years, as a power generation method using clean energy, a power generation device using the force of fluid has been attracting attention. For example, a method is known in which power is directly generated by electromagnetic induction using a coil and a permanent magnet based on vibration excited by a fluid in a cylinder that is a vibrating body (see, for example, Patent Document 1). And according to this patent document 1, it is described that the suspension wire of a cable-stayed bridge, a high voltage electric wire, etc. can be utilized as a vibrating body. Patent Document 1 discloses a method of obtaining electric energy by applying a vibration of a cylindrical vibrator to a piezoelectric element to cause shear deformation in the piezoelectric element.

これと同様に、円柱状のものを振動体として用いてエネルギーを取り出す機構として、円柱状のケーブルを用いる方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。この特許文献2に開示された技術では、ケーブルが風力を受けることによって発生する振動でダイヤフラムを作動させる油圧装置が開示されている。この油圧装置に電磁誘導発電装置を適用すれば、特許文献1に開示された発電装置と同様の発電装置が実現されるものと考えられる。   Similarly to this, a method using a cylindrical cable is known as a mechanism for extracting energy using a cylindrical object as a vibrating body (see, for example, Patent Document 2). In the technique disclosed in Patent Document 2, a hydraulic device that operates a diaphragm by vibration generated when a cable receives wind force is disclosed. If an electromagnetic induction power generation device is applied to this hydraulic device, it is considered that a power generation device similar to the power generation device disclosed in Patent Document 1 is realized.

このような円柱状の振動体では、その長手方向に垂直な方向からであればどの方向から風があたっても振動が発生する。換言すれば、円柱状振動体は、振動を良好に発生させるための風向きの指向性が低い。そのため、風向きによって稼働率が変わる等の問題が発生し難く、電磁誘導発電装置の駆動には適していると考えられる。   In such a columnar vibrating body, vibration is generated regardless of the direction of wind from a direction perpendicular to the longitudinal direction. In other words, the cylindrical vibrating body has low directivity in the wind direction for generating vibrations satisfactorily. For this reason, problems such as a change in operating rate depending on the wind direction are unlikely to occur, and it is considered suitable for driving an electromagnetic induction generator.

しかしながら、このような発電装置に、コンパクト化・集積化が容易で、大きな電気エネルギーを得ることが容易なバイモルフ素子等の屈曲型圧電素子を適用する場合、単純に屈曲型圧電素子の長手方向を円柱状振動体の長手方向と平行または垂直に配置した構造のものでは、振動体の風向きの指向性が低いことによって、屈曲型圧電素子にねじれや剪断を生じさせる応力が作用してしまい、破壊されてしまうという問題がある。
特開2001−157433号公報(段落[0060],[0098],図4,図10等) 米国特許第4024409号明細書
However, when a bending type piezoelectric element such as a bimorph element that is easy to make compact and integrated and easily obtain large electric energy is applied to such a power generation device, the longitudinal direction of the bending type piezoelectric element is simply set. In a structure that is arranged parallel or perpendicular to the longitudinal direction of the cylindrical vibrator, the bending direction of the vibrator is low, which causes stress that causes torsion and shearing to the bending piezoelectric element, resulting in failure. There is a problem of being done.
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-157433 (paragraphs [0060], [0098], FIG. 4, FIG. 10, etc.) U.S. Pat. No. 4,024,409

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、風力を用いて振動体を振動させ、これにより屈曲型圧電素子をその破壊を抑制しながら振動させて発電させることができる風力発電装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a wind power generator that can vibrate a vibrating body using wind power, thereby generating power by vibrating the flexural piezoelectric element while suppressing its destruction. The purpose is to do.

本発明の第1の観点によれば、平坦なテープ状をなし、その長手方向に所定の張力が掛かるように長手方向端が保持される振動体と、前記振動体の長手方向端の少なくとも一方に設けられた,矩形板状の圧電素子を有する圧電発電ユニットとを具備し、前記振動体がその主面と平行な方向に吹く風によって弧状に振動し、その振動により前記圧電素子を屈曲させて電気エネルギーを取り出すことを特徴とする風力発電装置、が提供される。   According to the first aspect of the present invention, a vibrating body having a flat tape shape and having a longitudinal end held so as to apply a predetermined tension in the longitudinal direction thereof, and at least one of the longitudinal ends of the vibrating body is provided. A piezoelectric power generation unit having a rectangular plate-shaped piezoelectric element, and the vibrating body vibrates in an arc shape by a wind blowing in a direction parallel to the main surface thereof, and the piezoelectric element is bent by the vibration. Thus, a wind power generator characterized by extracting electrical energy is provided.

本発明の第2の観点によれば、断面略L字型でテープ状をなし、その長手方向に所定の張力が掛かるように長手方向端が保持される振動体と、前記振動体の少なくとも一方の長手方向端に設けられた,矩形板状の圧電素子を有する圧電発電ユニットとを具備し、前記振動体がその内角側で風を受けて弧状に振動し、その振動により前記圧電素子を屈曲させて電気エネルギーを取り出すことを特徴とする風力発電装置、が提供される。   According to a second aspect of the present invention, a vibrating body having a substantially L-shaped cross-section and having a longitudinal end held so that a predetermined tension is applied in the longitudinal direction, and at least one of the vibrating bodies A piezoelectric power generation unit having a rectangular plate-like piezoelectric element provided at the longitudinal end of the piezoelectric element, and the vibrator vibrates in an arc shape by receiving wind at its inner corner, and the piezoelectric element is bent by the vibration. And a wind power generator characterized by extracting electrical energy.

これらの風力発電装置では、圧電発電ユニットは圧電素子そのものであってもよい。すなわち、振動体の長手方向端部に直列的に圧電素子が取り付けられていてもよい。また、平坦なテープ状の振動体の場合、その主面の長手方向端近傍に圧電素子が貼り付けられていてもよい。   In these wind power generators, the piezoelectric power generation unit may be the piezoelectric element itself. That is, a piezoelectric element may be attached in series to the longitudinal end portion of the vibrating body. In the case of a flat tape-shaped vibrating body, a piezoelectric element may be attached in the vicinity of the end in the longitudinal direction of the main surface.

圧電発電ユニットとしては、矩形の補強板と、前記補強板の各主面にその長手方向の中央部で離間するように貼り付けられた圧電板とを具備する圧電素子を用い、このような圧電素子をS字型に屈曲、振動させるものが好適である。   As the piezoelectric power generation unit, a piezoelectric element including a rectangular reinforcing plate and a piezoelectric plate attached to each main surface of the reinforcing plate so as to be separated at the center in the longitudinal direction is used. A device that bends and vibrates in an S-shape is preferable.

圧電発電ユニットの1つの態様は、複数のこのような圧電素子を、その主面が平行かつその厚み方向で離間するようにその長手方向端で保持する一対の保持治具を具備するものである。この場合、圧電素子の長手方向が振動体の長手方向と平行で、かつ、圧電素子の主面が振動体の弧状に振動の振幅方向と直交するように、一対の保持治具の一方を振動体の長手方向の一端に取り付け、他方を構造物等に不動に固定する。   One aspect of the piezoelectric power generation unit includes a pair of holding jigs that hold a plurality of such piezoelectric elements at their longitudinal ends so that their principal surfaces are parallel and spaced apart in the thickness direction. . In this case, one of the pair of holding jigs is vibrated so that the longitudinal direction of the piezoelectric element is parallel to the longitudinal direction of the vibrating body, and the main surface of the piezoelectric element is orthogonal to the amplitude direction of vibration in the arc shape of the vibrating body. It is attached to one end of the body in the longitudinal direction and the other is fixed to a structure or the like.

圧電発電ユニットの別の態様は、2個の圧電素子をその主面が平行かつその厚み方向で離間するようにその長手方向端で保持する非拘束な連結部材と、これら2個の圧電素子の一方の長手方向他端を保持するとともに振動体の一端に取り付けられる第1の保持部材と、2個の圧電素子の他方の長手方向端を保持するとともに所定位置に不動に固定される第2の保持部材とを具備するものである。   Another aspect of the piezoelectric power generation unit includes an unconstrained connecting member that holds two piezoelectric elements at their longitudinal ends so that their principal surfaces are parallel and spaced apart in the thickness direction, and the two piezoelectric elements A first holding member that holds one other end in the longitudinal direction and is attached to one end of the vibrator, and a second member that holds the other longitudinal end of the two piezoelectric elements and is fixedly fixed at a predetermined position. And a holding member.

圧電発電ユニットのさらに別の態様は、複数の圧電素子をその主面が平行かつその厚み方向で離間するようにその長手方向端で保持する一対の保持治具とを具備するものであり、圧電素子の主面が振動体の長手方向と直交するように、一対の保持治具の一方を振動体の長手方向の一端に取り付け、他方を構造物等に不動に固定する。   Still another aspect of the piezoelectric power generation unit includes a pair of holding jigs that hold a plurality of piezoelectric elements at their longitudinal ends so that their principal surfaces are parallel and spaced apart in the thickness direction. One of the pair of holding jigs is attached to one end in the longitudinal direction of the vibrating body so that the main surface of the element is orthogonal to the longitudinal direction of the vibrating body, and the other is fixedly fixed to a structure or the like.

圧電発電ユニットのさらに別の態様は、複数の圧電素子をその主面が平行かつその厚み方向で離間するようにその長手方向端で保持する,四角枠状の保持治具を具備するものである。この保持治具は対向する辺が平行を維持したまま剪断変形自在に構成されており、1つの頂点部を振動体の長手方向端部に取り付け、この頂点部と対向する頂点部を固定する。   Still another aspect of the piezoelectric power generation unit includes a square frame-shaped holding jig that holds a plurality of piezoelectric elements at their longitudinal ends so that their principal surfaces are parallel and spaced apart in the thickness direction. . This holding jig is configured so as to be capable of shearing deformation while maintaining the opposite sides parallel to each other. One apex portion is attached to the longitudinal end portion of the vibrating body, and the apex portion facing the apex portion is fixed.

さらに別の発電ユニットとして、振動体の長手方向の少なくとも一端を圧電素子の主面の中央部に取り付け、この圧電素子を保持する保持部材は、この圧電素子をその長手方向端でその主面が振動体の長手方向と直交するように保持し、圧電素子において振動体が取り付けられていない主面の中央部に圧電素子の屈曲振動が補助するための弾性体、例えば、バネやゴムが取り付けられた構造を有するものも好適である。このような発電ユニットの場合、さらに保持部材として、圧電素子を双安定状態の一方の姿勢で保持するものを用いると、圧電素子の屈曲を急峻に行わせることができ、より好ましい。   Further, as another power generation unit, at least one end in the longitudinal direction of the vibrating body is attached to the central portion of the main surface of the piezoelectric element, and the holding member for holding the piezoelectric element has the piezoelectric element at the longitudinal end and the main surface thereof. An elastic body, such as a spring or rubber, is attached to the center of the main surface of the piezoelectric element that is held perpendicular to the longitudinal direction of the vibrating body and assists bending vibration of the piezoelectric element. Those having different structures are also suitable. In the case of such a power generation unit, it is more preferable to use a member that holds the piezoelectric element in one bistable posture as the holding member because the piezoelectric element can be bent sharply.

本発明の風力発電装置によれば、平坦なテープ状の振動体では、その主面に略平行に吹く風によって弧状に振動し、この振動を利用して圧電素子を屈曲振動させるので、圧電素子には屈曲とは異なる変形を生じさせる応力が掛かり難く、これにより圧電素子の破壊を防止することができる。また、このような振動体に発生する弧状の振動は、振動速度が速いために圧電素子の変形が速く、これにより大きな電気エネルギーを取り出すことができるという利点がある。さらに、圧電素子の集積化が容易であり、大きな電気エネルギーを得ることができるという利点もある。断面略L字型のテープ状振動体を用いた場合も、その内角側が風を受けることで同様の弧状に振動し、これにより圧電素子を駆動することができる。   According to the wind power generator of the present invention, the flat tape-like vibrating body vibrates in an arc shape by the wind blown substantially parallel to the main surface, and the piezoelectric element is bent and vibrated using this vibration. It is difficult to apply a stress that causes deformation different from bending, thereby preventing the piezoelectric element from being broken. Further, the arc-shaped vibration generated in such a vibrating body has an advantage that since the vibration speed is high, the piezoelectric element is rapidly deformed, and thereby large electric energy can be taken out. Furthermore, there is an advantage that integration of piezoelectric elements is easy and a large electric energy can be obtained. Even when a tape-like vibrating body having a substantially L-shaped cross section is used, the inner corner side vibrates in the same arc shape by receiving wind, thereby driving the piezoelectric element.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図1Aに本発明の実施形態に係る風力発電装置10の概略構造を表した斜視図を示す。また、図1Bに風力発電装置10における振動体11の振動態様を模式的に表した側面図を示す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1A is a perspective view showing a schematic structure of a wind turbine generator 10 according to an embodiment of the present invention. Moreover, the side view which represented typically the vibration aspect of the vibrating body 11 in the wind power generator 10 in FIG. 1B is shown.

この風力発電装置10は、平坦なテープ状の振動体11と、振動体11の長手方向の両端に設けられた矩形板状の圧電素子12と、振動体11の長手方向に所定の張力が掛かるように振動体11の両端を保持する保持部材13とを備えている。   The wind power generation apparatus 10 has a flat tape-shaped vibrating body 11, rectangular plate-shaped piezoelectric elements 12 provided at both ends of the vibrating body 11 in the longitudinal direction, and a predetermined tension in the longitudinal direction of the vibrating body 11. Thus, a holding member 13 that holds both ends of the vibrating body 11 is provided.

振動体11は、例えば、プラスチックや金属からなる。平坦なテープ状の振動体11とは、後述するように、振動体11の主面(振動体11の長手方向に垂直な断面の長辺側の面)と略平行に風が吹いたときに、その風によって図1Bに示すように、弧状にその凹凸の向きが入れ替わるように変形することが繰り返される振動が発生するものをいう。振動体11の形状と張力は、設置場所と、予め設定された駆動風力に基づいて計算によりまたは実験的に決定される。   The vibrating body 11 is made of, for example, plastic or metal. As will be described later, the flat tape-shaped vibrating body 11 is when the wind blows substantially parallel to the main surface of the vibrating body 11 (the surface on the long side of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the vibrating body 11). As shown in FIG. 1B, the wind causes vibrations that are repeatedly deformed so that the direction of the unevenness is changed in an arc shape. The shape and tension of the vibrating body 11 are determined by calculation or experimentally based on the installation location and a preset driving wind force.

圧電素子12は、所謂、バイモルフ素子やユニモルフ素子等であり、金属板や樹脂板、セラミックス板等の補強板の少なくとも一方の主面に、圧電セラミックス薄板等の薄板状圧電体が貼り付けられた構造を有している。圧電素子12の一端は保持部材13に固定されている。例えば、圧電素子がバイモルフ素子である場合、その補強板の一端保持部材13に固定することができる。このとき、薄板状圧電体の一部も固定されていることが好ましい。これにより圧電素子12は、後述するように、振動体11の弧状振動にしたがって屈曲し、発電する。なお、図1A,図1Bでは、圧電素子12を簡略化して示している。   The piezoelectric element 12 is a so-called bimorph element, unimorph element, or the like, and a thin plate-like piezoelectric body such as a piezoelectric ceramic thin plate is attached to at least one main surface of a reinforcing plate such as a metal plate, a resin plate, or a ceramic plate. It has a structure. One end of the piezoelectric element 12 is fixed to the holding member 13. For example, when the piezoelectric element is a bimorph element, it can be fixed to the one end holding member 13 of the reinforcing plate. At this time, it is preferable that a part of the thin plate piezoelectric body is also fixed. Thereby, the piezoelectric element 12 bends according to the arc-shaped vibration of the vibrating body 11 and generates electric power, as will be described later. 1A and 1B show the piezoelectric element 12 in a simplified manner.

風力発電装置10では、図1Bに示されるように、振動体11の主面に圧電素子12の主面を貼り付けた構造としているが、これに限定されるものではなく、例えば、圧電素子の長手方向と振動体の長手方向端とが接合された構造であってもよいし、振動体に直接に薄板状の圧電体が貼り付けられた構造であってもよい。また、振動体11の長手方向の両端両主面に圧電素子12を設けているが、圧電素子12は振動体11の長手方向の片端片主面にのみ設けられていてもよい。さらに、圧電素子12の幅を振動体11の幅とほぼ同じとしているが、圧電素子12の幅は振動体11の幅よりも広くなっていてもよいし、逆に、狭くなっていてもよい。   As shown in FIG. 1B, the wind power generator 10 has a structure in which the main surface of the piezoelectric element 12 is attached to the main surface of the vibrating body 11. However, the present invention is not limited to this structure. A structure in which the longitudinal direction and the longitudinal end of the vibrating body are joined may be used, or a structure in which a thin plate-like piezoelectric body is directly attached to the vibrating body may be used. In addition, although the piezoelectric elements 12 are provided on both main surfaces at both ends in the longitudinal direction of the vibrating body 11, the piezoelectric elements 12 may be provided only on one main surface of one end in the longitudinal direction of the vibrating body 11. Furthermore, although the width of the piezoelectric element 12 is substantially the same as the width of the vibrating body 11, the width of the piezoelectric element 12 may be wider than the width of the vibrating body 11, or conversely, may be narrow. .

保持部材13は不動であり、例えば、コンクリート構造物や金属構造物等の不動な構造物18に取り付けられる。構造物18が不動であるとは、振動体11に対して不動という意味であり、例えば、振動体11と構造物18は一体的に移動可能であってもよい。   The holding member 13 is immovable and is attached to an immovable structure 18 such as a concrete structure or a metal structure. That the structure 18 is immovable means that it does not move with respect to the vibrating body 11. For example, the vibrating body 11 and the structure 18 may be movable integrally.

風力発電装置10では、振動体11に常に一定の張力が掛けられているために、どの方向から風が吹いても、ねじれ変形や剪断変形が生じ難く、したがって、圧電素子12は破壊し難い。   In the wind power generator 10, since a constant tension is always applied to the vibrating body 11, twisting or shearing deformation hardly occurs regardless of the wind blowing from any direction. Therefore, the piezoelectric element 12 is not easily broken.

風力発電装置10では、図1Aに示すように振動体11の主面と略平行なX方向に風が吹いたときに、振動体11には図1Bに示すように、Y方向に膨らむように弧状に、かつ、その凹凸が入れ替わるように変形することが繰り返される振動(以下「弧状振動」と呼ぶこととする)が生じる。この弧状振動によって、圧電素子12に屈曲振動が発生する。   In the wind turbine generator 10, when wind blows in the X direction substantially parallel to the main surface of the vibrating body 11 as shown in FIG. 1A, the vibrating body 11 swells in the Y direction as shown in FIG. 1B. A vibration (hereinafter referred to as “arc-shaped vibration”) is generated which is repeatedly deformed in an arc shape so that the unevenness thereof is replaced. Due to this arc-shaped vibration, bending vibration is generated in the piezoelectric element 12.

振動体11に発生する弧状振動は定常波振動であり、しかも共振振動であることが多く、そのため振動速度が速いという特徴を有している。これにより圧電素子12は大きな電気エネルギーを発生させることができる。振動体11に生じる振動は図1Bに示すような一次振動に限定されることなく、二次以上の振動であってもよい。   The arc-shaped vibration generated in the vibrating body 11 is a standing wave vibration, and is often a resonance vibration, and thus has a feature that the vibration speed is high. Thereby, the piezoelectric element 12 can generate a large electric energy. The vibration generated in the vibrating body 11 is not limited to the primary vibration as shown in FIG. 1B and may be a secondary or higher vibration.

なお、圧電素子12では、振動体11の主面と略垂直に風が吹くと、その主面が風を受けることによって弧状の変形は発生するが、弧状振動は発生し難く、大きな電気エネルギーを取り出すことは困難である。   In the piezoelectric element 12, when wind blows substantially perpendicular to the main surface of the vibrating body 11, the main surface receives the wind, but arc-shaped deformation occurs, but arc-shaped vibration hardly occurs, and large electric energy is generated. It is difficult to take out.

圧電素子12から得られる電気は交流であり、最高電圧も振動振幅や振動速度によって異なるので、整流ブリッジ回路等を介して、直流として取り出すことが好ましい。取り出した電気エネルギーは、直接に各種電気製品等を運転するために用いてもよいし、コンデンサや二次電池に蓄えて、後に用いるようにしてもよい。   The electricity obtained from the piezoelectric element 12 is alternating current, and the maximum voltage varies depending on the vibration amplitude and vibration speed. Therefore, it is preferable to extract the direct current through a rectifier bridge circuit or the like. The extracted electrical energy may be used for directly operating various electric products or the like, or may be stored in a capacitor or a secondary battery for later use.

風力発電装置10では、振動体11の主面と圧電素子12の主面とを平行としたが、図2に示す風力発電装置10Aのように、圧電素子12をその主面が振動体11の主面と直交するように配設してもよい。図2において、符号14aは圧電素子12を保持するための保持部材であり、符号14bは圧電素子12と振動体11とを連結するための連結部材である。   In the wind power generator 10, the main surface of the vibrating body 11 and the main surface of the piezoelectric element 12 are parallel to each other. However, like the wind power generator 10 </ b> A illustrated in FIG. 2, the piezoelectric element 12 has the main surface of the vibrating body 11. You may arrange | position so that it may orthogonally cross with a main surface. In FIG. 2, reference numeral 14 a is a holding member for holding the piezoelectric element 12, and reference numeral 14 b is a connecting member for connecting the piezoelectric element 12 and the vibrating body 11.

この図2に示した風力発電装置10Aでは、振動体11の弧状振動によって連結部材14bが振動体11側に引き上げられることによって、圧電素子12が屈曲し、発電する。圧電素子12の自由端(連結部材14b側)にはバネ15が連結部材14bと構造物18との間に設けられており、このバネ15は、振動体11側に引き上げられた連結部材14bを引き戻すことによって圧電素子12の屈曲振動を補助する。   In the wind power generator 10A shown in FIG. 2, the connecting member 14b is pulled up to the vibrating body 11 side by the arc-like vibration of the vibrating body 11, whereby the piezoelectric element 12 is bent and generates electric power. A spring 15 is provided between the connecting member 14b and the structure 18 at the free end of the piezoelectric element 12 (on the connecting member 14b side). The spring 15 pulls the connecting member 14b pulled up to the vibrating body 11 side. By pulling back, the bending vibration of the piezoelectric element 12 is assisted.

圧電素子12をその主面が振動体11の主面と直交するように配設した別の風力発電装置10Bの概略構造を図3A,図3Bに示す。この風力発電装置10Bでは、振動体11の下端に連結棒16aが取り付けられており、圧電素子12は双安定状態で保持部材16bに保持されている。連結棒16aは保持部材16bに設けられた穴部に挿通されており、その変位がZ方向に制限されている。連結棒16aは圧電素子12の主面の中央部に取り付けられている。   3A and 3B show a schematic structure of another wind power generator 10B in which the piezoelectric element 12 is disposed so that the principal surface thereof is orthogonal to the principal surface of the vibrating body 11. FIG. In this wind power generator 10B, a connecting rod 16a is attached to the lower end of the vibrator 11, and the piezoelectric element 12 is held by the holding member 16b in a bistable state. The connecting rod 16a is inserted through a hole provided in the holding member 16b, and its displacement is limited in the Z direction. The connecting rod 16 a is attached to the central portion of the main surface of the piezoelectric element 12.

圧電素子12を双安定状態で保持するとは、圧電素子12にその長手方向に圧縮力を作用させることにより圧電素子12を屈曲させた状態に保持し、その屈曲の向きを反転させるような一定の力が作用したときにはその屈曲状態が瞬時に反転するように保持されている状態をいう。   Holding the piezoelectric element 12 in a bistable state means that the piezoelectric element 12 is held in a bent state by applying a compressive force to the piezoelectric element 12 in the longitudinal direction, and the bending direction is reversed. When a force is applied, it means a state where the bent state is held so as to be instantly reversed.

圧電素子12には、圧電素子12を介して連結棒16aと対向する位置にバネ17が取り付けられている。このバネ17により、振動体11が直線状のときには、図3Aに示すように、圧電素子12は下に凸の状態で、双安定状態で保持されている。   A spring 17 is attached to the piezoelectric element 12 at a position facing the connecting rod 16 a via the piezoelectric element 12. When the vibrating body 11 is linear due to the spring 17, the piezoelectric element 12 is held in a bistable state in a convex state as shown in FIG. 3A.

風力発電装置10Bでは、振動体11に弧状振動が発生した際には、連結棒16aの変位はZ方向での変位振動となる。図3Bに示すように、振動体11の弧状振動が連結棒16aを上に引き上げる力によって圧電素子12は上に凸となるように変形し、このときに電気が発生する。連結棒16aが下に下がる際には、バネ17によって圧電素子12は下に凸な状態に戻り、このときにも圧電素子12が発電する。このようにバネ17は、圧電素子12の屈曲振動を補助する役割を果たす。圧電素子12の双安定状態間遷移を利用すれば、変形が瞬時に起こるために、大きな電気エネルギーを得ることができるようになる。   In the wind power generator 10B, when arc-like vibration is generated in the vibrating body 11, the displacement of the connecting rod 16a becomes displacement vibration in the Z direction. As shown in FIG. 3B, the piezoelectric element 12 is deformed so as to protrude upward by the force of the arc-like vibration of the vibrating body 11 pulling up the connecting rod 16a, and electricity is generated at this time. When the connecting rod 16a is lowered, the piezoelectric element 12 returns to a downwardly convex state by the spring 17, and the piezoelectric element 12 also generates electricity at this time. Thus, the spring 17 plays a role of assisting the bending vibration of the piezoelectric element 12. If the transition between the bistable states of the piezoelectric element 12 is used, a large amount of electrical energy can be obtained because deformation occurs instantaneously.

この風力発電装置10Bのさらなる変形例として、圧電素子12の長手方向に圧縮力を加えることなく圧電素子12を平坦な姿勢で保持した形態が挙げられる。図3Cは、このような変形例において振動体11が静止しているときの圧電素子12の状態を示している。この場合にも、振動体11の弧状振動によって連結棒16aはZ方向に変位振動し、これにより圧電素子12に屈曲振動が生じて電気エネルギーを取り出すことができる。   As a further modification of the wind power generator 10B, there is a form in which the piezoelectric element 12 is held in a flat posture without applying a compressive force in the longitudinal direction of the piezoelectric element 12. FIG. 3C shows a state of the piezoelectric element 12 when the vibrating body 11 is stationary in such a modification. Also in this case, the connecting rod 16a is displaced and oscillated in the Z direction due to the arc-like vibration of the vibrating body 11, whereby bending vibration is generated in the piezoelectric element 12 and electric energy can be taken out.

次に本発明の実施形態に係るさらに別の風力発電装置について説明する。図4Aに風力発電装置20の概略側面図を示す。この風力発電装置20は、テープ状の振動体11(風力発電装置10のものと同じで、以下同様とする)の長手方向の一端に圧電発電ユニット(以下、「発電ユニット」と記す)21が設けられた構造を有している。   Next, still another wind power generator according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 4A shows a schematic side view of the wind turbine generator 20. The wind power generator 20 includes a piezoelectric power generation unit (hereinafter referred to as “power generation unit”) 21 at one end in the longitudinal direction of a tape-shaped vibrating body 11 (same as that of the wind power generation apparatus 10 and the same shall apply hereinafter). It has a provided structure.

発電ユニット21は、3個の圧電素子22と、これらの圧電素子22をその主面が平行かつその厚み方向(Y方向)で離間するようにその長手方向(Z方向)端で保持する一対の保持治具24a,24bとを有している。なお、圧電素子22の数は3個に限定されるものではないが、2個以上である。   The power generation unit 21 has three piezoelectric elements 22 and a pair of piezoelectric elements 22 held at the ends in the longitudinal direction (Z direction) so that the principal surfaces thereof are parallel and spaced apart in the thickness direction (Y direction). Holding jigs 24a and 24b are provided. The number of piezoelectric elements 22 is not limited to three, but is two or more.

なお、先に説明した風力発電装置10では、圧電素子12そのものが発電ユニットであり、風力発電装置10A,10Bでは、圧電素子12およびその周辺の構造部品が発電ユニットを構成している。   In the wind power generation apparatus 10 described above, the piezoelectric element 12 itself is a power generation unit, and in the wind power generation apparatuses 10A and 10B, the piezoelectric element 12 and surrounding structural parts constitute a power generation unit.

圧電素子22の長手方向と振動体11の長手方向は平行であり、かつ、振動体11の主面と圧電素子22の主面も平行である。図4Aでは、振動体11と圧電素子22の幅方向は紙面に垂直な保持治具24aは構造物18に不動に固定され、他方の保持治具24bは振動体11の一端に取り付けられている。振動体11の他端は保持部材13を介して不動な構造物18に取り付けられている。   The longitudinal direction of the piezoelectric element 22 and the longitudinal direction of the vibrating body 11 are parallel, and the main surface of the vibrating body 11 and the main surface of the piezoelectric element 22 are also parallel. In FIG. 4A, the holding jig 24 a whose width direction of the vibrating body 11 and the piezoelectric element 22 is perpendicular to the paper surface is fixed to the structure 18, and the other holding jig 24 b is attached to one end of the vibrating body 11. . The other end of the vibrating body 11 is attached to an immovable structure 18 via a holding member 13.

図4Bに圧電素子22の構造をより詳細に表した側面図を示す。この図4Bは図4Aの拡大図に相当する。圧電素子22は、矩形の補強板23と、補強板23の各主面にその長手方向の中央部で離間するように貼り付けられた4枚の圧電板25a〜25dを有している。圧電板25a〜25dの構造は詳細には示していないが、それぞれ、圧電セラミックス薄板の両面に電極膜が形成され、厚み方向に分極された構造を有している。この分極の向きは図4Bに示した圧電板25a〜25dの中に矢印で示されている。   FIG. 4B shows a side view showing the structure of the piezoelectric element 22 in more detail. FIG. 4B corresponds to an enlarged view of FIG. 4A. The piezoelectric element 22 includes a rectangular reinforcing plate 23 and four piezoelectric plates 25 a to 25 d that are attached to the main surfaces of the reinforcing plate 23 so as to be separated from each other at the center in the longitudinal direction. The structures of the piezoelectric plates 25a to 25d are not shown in detail, but each has a structure in which electrode films are formed on both surfaces of the piezoelectric ceramic thin plate and polarized in the thickness direction. The direction of this polarization is indicated by an arrow in the piezoelectric plates 25a to 25d shown in FIG. 4B.

ここでは、補強板23は金属箔であるとする。したがって、例えば、圧電板25aでは、圧電板25aの補強板23側の電極(図示しない)は補強板23と導通している。補強板23を介して対向する圧電板(つまり、圧電板25a,25bの組、圧電板25c,25dの組)は分極の向きが同じであり、補強板23の長手方向中央部を介して対向する圧電板(つまり、圧電板25a,25cの組、圧電板25b,25dの組)では分極の向きが反対となっている。そして、圧電板25a〜25dの外表面どうしがリード線26で結線され、補強板23を共通電極として用いている。   Here, it is assumed that the reinforcing plate 23 is a metal foil. Therefore, for example, in the piezoelectric plate 25 a, an electrode (not shown) on the reinforcing plate 23 side of the piezoelectric plate 25 a is electrically connected to the reinforcing plate 23. The piezoelectric plates facing each other through the reinforcing plate 23 (that is, the pair of piezoelectric plates 25a and 25b and the pair of piezoelectric plates 25c and 25d) have the same polarization direction, and face each other through the longitudinal center portion of the reinforcing plate 23. The direction of polarization is opposite in the piezoelectric plate (that is, the set of piezoelectric plates 25a and 25c, the set of piezoelectric plates 25b and 25d). The outer surfaces of the piezoelectric plates 25a to 25d are connected by lead wires 26, and the reinforcing plate 23 is used as a common electrode.

風力発電装置20における振動体11の振動の態様は、風力発電装置10における振動の態様と同じである。しかし、風力発電装置20では、3枚の圧電素子22はY方向に並べて平行(並列)に固定されているために振動体11と同じように弧状に変形することができず、振動体11が保持治具24bを実質的にY方向で変位させる振動を発生させ、3個の圧電素子22にはS字型屈曲を伴う振動が生じる。   The mode of vibration of the vibrating body 11 in the wind power generator 20 is the same as the mode of vibration in the wind power generator 10. However, in the wind power generator 20, since the three piezoelectric elements 22 are arranged in parallel in the Y direction and fixed in parallel (parallel), they cannot be deformed in an arc shape like the vibrating body 11, and the vibrating body 11 Vibrations that substantially displace the holding jig 24b in the Y direction are generated, and vibrations with S-shaped bending occur in the three piezoelectric elements 22.

図4Cに圧電素子22のS字型屈曲振動の態様を模式的に示す。圧電素子22がS字型に変形するとは、図4C左図に示すように、圧電素子22を側面から見たとき(図4A,図4Bに示すようにX方向から見たとき)に、保持治具24bがY方向左側へ移動したときには、圧電素子22の長さ方向のほぼ中央部を変極点として、上側が左に凸に、下側が右に凸に撓むことをいい、また、その逆の変形、すなわち図4C右図に示すように、保持治具24bがY方向右側へ移動したときには、圧電素子22の長さ方向のほぼ中央部を変極点として上側が右に凸に、下側が左に凸に撓むことをも指す。   FIG. 4C schematically shows an aspect of the S-shaped bending vibration of the piezoelectric element 22. The piezoelectric element 22 is deformed into an S-shape when the piezoelectric element 22 is viewed from the side (as viewed from the X direction as shown in FIGS. 4A and 4B) as shown in the left diagram of FIG. 4C. When the jig 24b moves to the left in the Y direction, it means that the upper part of the piezoelectric element 22 bends to the left and the lower part protrudes to the right with the inflection point as the inflection point. When the holding jig 24b is moved to the right in the Y direction, as shown in the right figure of FIG. 4C, the upper side protrudes to the right, with the substantially central portion in the length direction of the piezoelectric element 22 as the turning point. It also means that the side bends to the left.

風力発電装置20では、振動体11に先に図1Bに示した振動が生じることによって、圧電素子22に図4C左図の状態と図4C右図の状態との間を遷移するS字型屈曲振動が生じ、これにより電気エネルギーが得られる。   In the wind power generator 20, when the vibration shown in FIG. 1B is generated in the vibrating body 11, the S-shaped bending in which the piezoelectric element 22 transitions between the state shown in the left figure of FIG. 4C and the state shown in the right figure of FIG. Vibrations are generated, thereby obtaining electrical energy.

図4C左図の状態によれば、圧電素子22において、圧電板25a,25dには引張応力がかかり、圧電板25b,25cには圧縮応力がかかる。一方、図4C右図の状態では、圧電板25a,25dには圧縮応力がかかり、圧電板25b,25cには引張応力がかかる。いずれの場合でも、圧電板25a,25dはともに分極の向きが補強板23側から外表面側に向かう方向であり、圧電板25a,25dはともに分極の向きが外表面側から補強板23側に向かう方向となっているので、結果的に、圧電板25a〜25dに生ずる起電力の正負は補強板側で同じとなり、外表面側でも同じとなる。こうして、圧電板25a〜25dで発生する電気エネルギーを相殺させることなく、取り出すことができる。   According to the state shown in the left diagram of FIG. 4C, in the piezoelectric element 22, the piezoelectric plates 25a and 25d are subjected to tensile stress, and the piezoelectric plates 25b and 25c are subjected to compressive stress. On the other hand, in the state shown in the right diagram of FIG. 4C, compressive stress is applied to the piezoelectric plates 25a and 25d, and tensile stress is applied to the piezoelectric plates 25b and 25c. In either case, the piezoelectric plates 25a and 25d are both polarized in the direction from the reinforcing plate 23 to the outer surface, and the piezoelectric plates 25a and 25d are both polarized in the direction from the outer surface to the reinforcing plate 23. As a result, the sign of the electromotive force generated in the piezoelectric plates 25a to 25d is the same on the reinforcing plate side and the same on the outer surface side. Thus, the electric energy generated in the piezoelectric plates 25a to 25d can be taken out without canceling.

なお、風力発電装置20では、振動体11の片端にのみ発電ユニット21を配置したが、発電ユニット21は振動体11の両端にそれぞれ設けてもよい。また、圧電素子22のようにS字型屈曲を生じさせることによって電気エネルギーを取り出す圧電素子の場合には、必ず2枚の圧電板には同時に引張応力が掛かり、2枚の圧電板には圧縮応力が掛かるので、全ての圧電板で分極の向きを同じとするか、または、補強板を介して対向する圧電板で分極の向きを反対とし、補強板の長手方向中央部を介して対向する圧電板で分極の向きを同じとしてもよい。この場合、補強板を共通電極として用いることはできないので、例えば、補強板として、絶縁材料からなるものや、金属板であってもその表面に絶縁層が形成されているもの等を用いることが必要となる。   In the wind power generator 20, the power generation unit 21 is disposed only at one end of the vibrating body 11, but the power generation unit 21 may be provided at both ends of the vibrating body 11. In addition, in the case of a piezoelectric element that takes out electrical energy by causing an S-shaped bend like the piezoelectric element 22, the two piezoelectric plates are always subjected to tensile stress at the same time, and the two piezoelectric plates are compressed. Because stress is applied, the direction of polarization is the same for all piezoelectric plates, or the direction of polarization is reversed for the piezoelectric plates facing each other through the reinforcing plate, and they face each other through the longitudinal center portion of the reinforcing plate. The direction of polarization may be the same with a piezoelectric plate. In this case, since the reinforcing plate cannot be used as a common electrode, for example, a reinforcing plate made of an insulating material or a metal plate having an insulating layer formed on the surface thereof may be used. Necessary.

先に説明した風力発電装置10を風力発電装置10Aに変形したのと同様にして、風力発電装置20もまた、振動体11の主面と発電ユニット21を構成する圧電素子22の主面とが直交するように、振動体11に発電ユニット21を取り付けてもよい。その場合にも、圧電素子22にはS字型屈曲振動を発生させることができる。   In the same manner that the wind power generator 10 described above is transformed into the wind power generator 10 </ b> A, the wind power generator 20 also has a main surface of the vibrating body 11 and a main surface of the piezoelectric element 22 constituting the power generation unit 21. The power generation unit 21 may be attached to the vibrating body 11 so as to be orthogonal to each other. Even in that case, the piezoelectric element 22 can generate S-shaped bending vibration.

次に振動体11の長手方向端に取り付けられる発電ユニットの別の形態について説明する。図5Aに発電ユニット31の概略構造を表した断面図を示す。この発電ユニット31は、4個の圧電素子22a〜22d(発電ユニット21を構成するものと同じ)と、2個の圧電素子22a,22bをその主面が平行かつその厚み方向(Z方向)で離間するようにその長手方向端で保持する非拘束な連結部材32aと、同様に2個の圧電素子22c,22dを保持する連結部材32bと、円柱状の支柱35と、支柱35にZ方向に移動自在に挿通され、2個の圧電素子22a,22cの長手方向他端を保持する第1保持部材34aと、支柱35に固定され、2個の圧電素子22b,22dの長手方向端を保持する第2保持部材34bと、を備えている。   Next, another form of the power generation unit attached to the longitudinal end of the vibrating body 11 will be described. FIG. 5A shows a cross-sectional view illustrating a schematic structure of the power generation unit 31. This power generation unit 31 is composed of four piezoelectric elements 22a to 22d (same as those constituting the power generation unit 21) and two piezoelectric elements 22a and 22b with their main surfaces parallel and in the thickness direction (Z direction). An unconstrained connecting member 32a that is held at its longitudinal end so as to be separated, a connecting member 32b that similarly holds two piezoelectric elements 22c and 22d, a columnar support 35, and a support 35 in the Z direction. A first holding member 34a that is movably inserted and holds the other end in the longitudinal direction of the two piezoelectric elements 22a and 22c, and is fixed to the column 35 and holds the end in the longitudinal direction of the two piezoelectric elements 22b and 22d. A second holding member 34b.

振動体11の一端は第1保持部材34aに取り付けられ、支柱35は構造物18に不動に固定されている。第1保持部材34aは、所謂リニアブッシュとして機能するものである。連結部材32a,32bには、軽量で剛性が大きく、変形し難い材料、例えば、軽金属,軽金属合金、エンジニアリングプラスチック等が好適である。   One end of the vibrating body 11 is attached to the first holding member 34 a, and the column 35 is fixed to the structure 18 so as not to move. The first holding member 34a functions as a so-called linear bush. For the connecting members 32a and 32b, a light material, a large rigidity, and a material that is not easily deformed, such as a light metal, a light metal alloy, and an engineering plastic, are suitable.

図5Bに発電ユニット31における圧電素子22a〜22dの変形を模式的に示す。この発電ユニット31では、振動体11に図1Bに示した弧状振動が発生すると、第1保持部材34aには、第1保持部材34aをZ方向に引き上げる力が作用すると同時に、Y方向へスライドさせる力も作用する。しかし、第1保持部材34aは、支柱35の長手方向であるZ方向にのみ移動できる構造となっている。そのため、結果的に、振動体11は保持部材34aをZ方向に変位振動させる。   FIG. 5B schematically shows deformation of the piezoelectric elements 22 a to 22 d in the power generation unit 31. In this power generation unit 31, when the arc-like vibration shown in FIG. 1B occurs in the vibrating body 11, a force for pulling up the first holding member 34a in the Z direction acts on the first holding member 34a, and at the same time, slides in the Y direction. Force also acts. However, the first holding member 34 a has a structure that can move only in the Z direction, which is the longitudinal direction of the support column 35. Therefore, as a result, the vibrating body 11 causes the holding member 34a to displace and vibrate in the Z direction.

図5Bに示されるように、第1保持部材34aが図5Aに示される位置よりもZ方向上向きに変位すると、圧電素子22a,22cにS字型屈曲が生じて、これらが発電する。そして、連結部材32a,32bは非拘束状態、つまりフリーな状態にあるので、圧電素子22a,22cはS字型屈曲しながら連結部材32a,32bをそれぞれ持ち上げ、こうして連結部材32a,32bが上側に移動する。この連結部材32a,32bの移動によって、圧電素子22b,22dにもS字型屈曲が生じ、これらが発電する。   As shown in FIG. 5B, when the first holding member 34a is displaced upward in the Z direction from the position shown in FIG. 5A, S-shaped bending occurs in the piezoelectric elements 22a and 22c, and these generate electricity. Since the connecting members 32a and 32b are in an unconstrained state, that is, in a free state, the piezoelectric elements 22a and 22c lift the connecting members 32a and 32b while bending in an S shape, and thus the connecting members 32a and 32b are moved upward. Moving. Due to the movement of the connecting members 32a and 32b, S-shaped bends also occur in the piezoelectric elements 22b and 22d, and these generate electricity.

このように、発電ユニット31では、基本的に、図5Aに示した状態と図5Bに示した状態との間を遷移するように、圧電素子22a〜22dにS字型屈曲振動が発生し、これによって電気エネルギーを取り出すことができる。   In this way, in the power generation unit 31, S-shaped bending vibrations are basically generated in the piezoelectric elements 22a to 22d so as to transition between the state shown in FIG. 5A and the state shown in FIG. 5B. Thereby, electric energy can be taken out.

図5Aに示した発電ユニット31は、図6Aの側面図および図6Bの平面図に示す構造を有する発電ユニット31Aに変形することができる。この発電ユニット31Aは、発電ユニット31の第1保持部材34aを、Z方向に一定の間隙を設けて圧電素子27を並べて保持することができる別の第1保持部材34cに替え、第2保持部材34bもまたZ方向に一定の間隙を設けて圧電素子27を並べて保持することができる別の第2保持部材34dに替えた構造を有している。   The power generation unit 31 shown in FIG. 5A can be modified into a power generation unit 31A having the structure shown in the side view of FIG. 6A and the plan view of FIG. 6B. In this power generation unit 31A, the first holding member 34a of the power generation unit 31 is replaced with another first holding member 34c that can hold the piezoelectric elements 27 side by side with a certain gap in the Z direction, and the second holding member 34b also has a structure replaced with another second holding member 34d that can hold the piezoelectric elements 27 side by side with a certain gap in the Z direction.

第1保持部材34cと第2保持部材34dは、Z方向に3個以上の圧電素子27を並べて保持することができるものでもよい。圧電素子27の他端を保持する連結部材32c,32dとしては、ボルト37と、このボルト37と螺合するネジ穴が設けられた所定の厚さのスペーサ36とからなるものを例示している。   The first holding member 34c and the second holding member 34d may be capable of holding three or more piezoelectric elements 27 side by side in the Z direction. Examples of the connecting members 32c and 32d that hold the other end of the piezoelectric element 27 include a bolt 37 and a spacer 36 having a predetermined thickness provided with a screw hole screwed into the bolt 37. .

圧電素子27は、図6Bに示されるように、補強板28の幅方向(X方向)にも圧電板29が並べられた構造を有している。このような構造は、例えば、補強板28のサイズが大きくなった場合に好適に用いられる。補強板28の幅方向には、図6Bに示す2列に限定されず、3列以上の圧電板29を配置してもよい。なお、図6Bの圧電板29に示す「+」「−」の表示は、図示された圧電板29の表面の分極時の極性を示している。   The piezoelectric element 27 has a structure in which piezoelectric plates 29 are arranged in the width direction (X direction) of the reinforcing plate 28 as shown in FIG. 6B. Such a structure is preferably used when the size of the reinforcing plate 28 is increased, for example. The width direction of the reinforcing plate 28 is not limited to the two rows shown in FIG. 6B, and three or more rows of piezoelectric plates 29 may be arranged. Note that “+” and “−” shown on the piezoelectric plate 29 in FIG. 6B indicate the polarities of the surface of the illustrated piezoelectric plate 29 during polarization.

この発電ユニット31Aにおける圧電素子27の発電態様は発電ユニット31と同じであるので、ここでの説明は省略するが、発電ユニット31Aでは発電ユニット31と比較すると、より大きな電気エネルギーを取り出すことができる。   Since the power generation mode of the piezoelectric element 27 in the power generation unit 31A is the same as that of the power generation unit 31, description thereof is omitted here, but the power generation unit 31A can extract larger electrical energy than the power generation unit 31. .

ところで、発電ユニット31では、4個の圧電素子22を用いた構成としたが、1個の連結部材とこれに保持された2個の圧電素子を1組として、第1,第2保持部材34a,34bの外周に放射状にこれを複数組配置した構造、すなわち、Z方向から見たときに連結部材どうしを結ぶと、正三角形,正方形,正五角形,正六角形,正八角形となるように圧電素子と連結部材とが放射状に配置された構造とすることもできる。発電ユニット31Aもこれと同様に変形できることは言うまでもない。   By the way, although the power generation unit 31 is configured to use the four piezoelectric elements 22, the first and second holding members 34a include one connecting member and two piezoelectric elements held by the connecting member as one set. , 34b has a structure in which a plurality of sets are arranged radially, that is, when viewed from the Z direction, when connecting members are connected to each other, a piezoelectric element is formed in a regular triangle, square, regular pentagon, regular hexagon, regular octagon It is also possible to adopt a structure in which the connecting members and the connecting members are arranged radially. It goes without saying that the power generation unit 31A can be modified in the same manner.

また、発電ユニット31Aのさらなる変形例として、支柱35を設けない構造が挙げられる。すなわち、第2保持部材34dを直接に構造物18に固定し、第1保持部材34cが、圧電素子27と連結部材32c,32dを介して支持されるとともに振動体11によっても吊支されることにより所定の位置に位置決めされた構造としてもよい。   Further, as a further modification of the power generation unit 31A, there is a structure in which the support column 35 is not provided. That is, the second holding member 34d is directly fixed to the structure 18, and the first holding member 34c is supported by the piezoelectric element 27 and the coupling members 32c and 32d and is also supported by the vibrating body 11. It is good also as a structure positioned by the predetermined position by.

このような構造では、振動体11に弧状振動が発生すると、振動体11が第1保持部材34cをY方向に変位させる力を作用させるが、圧電素子27の連結構造によって第1保持部材34cのY方向変位が抑制される。圧電素子27の数が多いほどこのような第1保持部材34cのY方向変位抑制効果は大きくなる。   In such a structure, when arc-like vibration is generated in the vibrating body 11, the vibrating body 11 exerts a force for displacing the first holding member 34 c in the Y direction. However, the connection structure of the piezoelectric elements 27 causes the first holding member 34 c to move. Y-direction displacement is suppressed. As the number of piezoelectric elements 27 increases, the Y-direction displacement suppression effect of the first holding member 34c increases.

続いて、さらに別の発電ユニットについて説明する。図7Aに発電ユニット41の概略構造を表した側面図を示す。この発電ユニット41は、複数の圧電素子22と、これらの圧電素子22をその主面が平行かつその厚み方向で離間するようにその長手方向端で保持する,四角枠状の保持治具42から構成されている。   Subsequently, another power generation unit will be described. FIG. 7A shows a side view showing a schematic structure of the power generation unit 41. The power generation unit 41 includes a plurality of piezoelectric elements 22 and a rectangular frame-shaped holding jig 42 that holds the piezoelectric elements 22 at their longitudinal ends so that their principal surfaces are parallel and spaced apart in the thickness direction. It is configured.

この保持治具42は、棒状の枠部材42a〜42dから構成され、枠部材42a,42bにはそれぞれ圧電素子22を保持するための突起部48が設けられている。棒状の枠部材42a〜42dは、枠部材42aと枠部材42bが平行で、かつ、枠部材42cと枠部材42dが平行となるように、支点44a〜44dにおいて互いに回動自在に連結されている。これにより、保持治具42は対向する枠部材どうしが平行を維持したまま剪断変形自在である。   The holding jig 42 is composed of rod-shaped frame members 42a to 42d, and the frame members 42a and 42b are provided with projections 48 for holding the piezoelectric element 22, respectively. The rod-shaped frame members 42a to 42d are rotatably connected to each other at fulcrums 44a to 44d so that the frame member 42a and the frame member 42b are parallel and the frame member 42c and the frame member 42d are parallel. . As a result, the holding jig 42 can be sheared and deformed while the opposing frame members are kept parallel.

図7Aには、支点44dの位置が変化することのないように(但し、支点44d回りに、枠部材42b,42dは回動可能である)、支点44dが係止部材46aにより係止された状態を示している。また、支点44a回りに枠部材42a,42cが回動可能な状態で、支点44aは係止部材46cにより係止されており、係止部材46cが振動体11に取り付けられている。   In FIG. 7A, the fulcrum 44d is locked by the locking member 46a so that the position of the fulcrum 44d does not change (however, the frame members 42b and 42d are rotatable around the fulcrum 44d). Indicates the state. Further, in a state where the frame members 42 a and 42 c are rotatable around the fulcrum 44 a, the fulcrum 44 a is locked by the locking member 46 c, and the locking member 46 c is attached to the vibrating body 11.

図7Bに発電ユニット41の駆動態様を示す。振動体11に図1Bに示した弧状振動が発生すると、係止部材46cにZ方向変位を生じさせる力Fが作用する。なお、係止部材46cには、係止部材46cをY方向へも変位させるような力が作用するが、図7A,6Bに示されるように支点44dだけが係止されている場合には、係止部材46cをY方向に変位させる力は保持治具42を支点44d回りに回転させる力となって、圧電素子22のS字型屈曲には大きな影響を及ぼさないと考えられる。   FIG. 7B shows how the power generation unit 41 is driven. When the arcuate vibration shown in FIG. 1B is generated in the vibrating body 11, a force F that causes displacement in the Z direction acts on the locking member 46c. In addition, although the force which displaces the locking member 46c also to a Y direction acts on the locking member 46c, as shown to FIG. 7A and 6B, when only the fulcrum 44d is locked, The force that displaces the locking member 46c in the Y direction is a force that rotates the holding jig 42 around the fulcrum 44d, and it is considered that the S-shaped bending of the piezoelectric element 22 is not greatly affected.

この力Fによって、保持治具42は、支点44aがZ方向に持ち上げられ、支点44b,44cどうしが互いに接近するように、平行四辺形に変形する。発電ユニット41では、図7Aに示した状態と図7Bに示した状態との間を遷移するように、圧電素子22にS字型屈曲振動が発生し、発電する。   By this force F, the holding jig 42 is deformed into a parallelogram so that the fulcrum 44a is lifted in the Z direction and the fulcrums 44b and 44c come close to each other. In the power generation unit 41, S-shaped bending vibration is generated in the piezoelectric element 22 so as to transition between the state shown in FIG. 7A and the state shown in FIG.

図7Cに保持治具42の別の係止形態およびその場合の発電ユニット41の駆動態様を示す。この図7Cに示すように、支点44c回りに枠部材42cが回動自在で、支点44d回りに枠部材42dが回動自在となるように、枠部材42bを係止部材46bにより固定してもよい。この場合にも、支点44aに作用する力Fによって支点44aが斜め上方に引き上げられて保持治具42が平行四辺形に変形し、これにより圧電素子22がS字型に変形し、発電する。   FIG. 7C shows another locking configuration of the holding jig 42 and the driving mode of the power generation unit 41 in that case. As shown in FIG. 7C, even if the frame member 42b is fixed by the locking member 46b so that the frame member 42c is rotatable around the fulcrum 44c and the frame member 42d is rotatable around the fulcrum 44d. Good. Also in this case, the fulcrum 44a is lifted obliquely upward by the force F acting on the fulcrum 44a, and the holding jig 42 is deformed into a parallelogram, thereby deforming the piezoelectric element 22 into an S-shape and generating electric power.

なお、図7Cに示す状態と同様に、保持治具42は、支点44b回りに枠部材42aが回動自在で、支点44d回りに枠部材42bが回動自在となるように、枠部材42cを係止部材46bにより固定してもよい。   As in the state shown in FIG. 7C, the holding jig 42 has the frame member 42c so that the frame member 42a can rotate around the fulcrum 44b and the frame member 42b can rotate around the fulcrum 44d. You may fix by the locking member 46b.

なお、図7A,7Bに示したように発電ユニット41を支点44a,44dで係止する場合には、図7Dに示すように、力Fが作用する方向つまり支点44aと支点44dを結ぶ対角線方向において、支点44a,44dとの間にバネ47aを介挿した構造とすることも好ましい。この場合、係止部材46a・46cの形状は、適宜、変形させればよく、バネ47は発電ユニット41がX方向対称構造となるように、図示紙面の裏面側にも設けることがより好ましい。バネ47でZ方向での平均張力をバランスさせることができ、圧電素子22に中立点を中心としたS字屈曲振動を生じさせることができる。   7A and 7B, when the power generation unit 41 is locked at the fulcrums 44a and 44d, as shown in FIG. 7D, the direction in which the force F acts, that is, the diagonal direction connecting the fulcrum 44a and the fulcrum 44d. It is also preferable to adopt a structure in which a spring 47a is interposed between the fulcrums 44a and 44d. In this case, the shape of the locking members 46a and 46c may be appropriately modified, and the spring 47 is more preferably provided on the back side of the illustrated paper surface so that the power generation unit 41 has a symmetric structure in the X direction. The spring 47 can balance the average tension in the Z direction, and can cause the piezoelectric element 22 to generate S-shaped bending vibration centered on the neutral point.

以上に説明した風力発電装置においては、平坦なテープ状の振動体11に代えて、図8Aの斜視図に示すような、長手方向に垂直な断面が略L字型でテープ状の振動体11aを用いてもよい。この振動体11aの振動態様を図8Bに示す。振動体11aは、その内角側の面が風を受けたときに、長手方向軸を中心とした若干の回動を伴いながらY方向に弧状に変形する弧状振動が発生し、これによって、振動体11aの長手方向端に設けられた発電ユニットを駆動することができる。   In the wind power generator described above, instead of the flat tape-shaped vibrating body 11, the cross section perpendicular to the longitudinal direction is substantially L-shaped and the tape-shaped vibrating body 11a as shown in the perspective view of FIG. 8A. May be used. The vibration mode of the vibrating body 11a is shown in FIG. 8B. When the surface on the inner corner side receives wind, the vibrating body 11a generates arc-shaped vibration that is deformed in an arc shape in the Y direction with a slight rotation about the longitudinal axis. The power generation unit provided at the longitudinal end of 11a can be driven.

振動体11aと先に説明した発電ユニット31との接続形態を図8Cに示す。振動体11aを直接に第1保持部材34aに取り付けると、振動体11aに生じる弧状振動により振動体11a自体が損傷するおそれがあるため、図8Cに示すように、例えば、振動体11aの内角側の角部に棒状の連結部材14を取り付け、この連結部材14を第1保持部材34aに固定する方法を用いることが好ましい。   A connection form between the vibrating body 11a and the power generation unit 31 described above is shown in FIG. 8C. If the vibrating body 11a is directly attached to the first holding member 34a, the vibrating body 11a itself may be damaged by the arc-like vibration generated in the vibrating body 11a. For example, as shown in FIG. It is preferable to use a method in which a rod-like connecting member 14 is attached to the corners of this, and this connecting member 14 is fixed to the first holding member 34a.

次に、上述した風力発電装置20を例として、これを用いた風力発電システムの一例について説明する。図9の斜視図に示す風力発電システム50は、複数の風力発電装置20を、それぞれの振動体11の主面が平行であり、かつ、それぞれの振動体11がその厚み方向に一定の間隔で一列に並ぶように、配置した構造を有している。なお、この図9では、発電ユニット21を簡略的に箱体として示している。風力発電装置20を保持する構造物52は、支柱52aと、支柱52aに懸架されたワイヤ(または棒)52bと、支柱52aを支持するための補助支持ワイヤ52cと、発電ユニット21を固定するための棒状のユニット固定部材52dと、を有している。このような風力発電システム50では、各風力発電装置20で発生する電気を整流回路を通して直流化した後に集電することによって、大きな電気エネルギーを得ることができる。   Next, an example of a wind power generation system using the wind power generator 20 described above will be described. The wind power generation system 50 shown in the perspective view of FIG. 9 includes a plurality of wind power generation devices 20 in which the main surfaces of the vibrating bodies 11 are parallel to each other, and the vibrating bodies 11 are spaced at regular intervals in the thickness direction. It has a structure that is arranged in a line. In FIG. 9, the power generation unit 21 is simply shown as a box. The structure 52 that holds the wind power generator 20 fixes the column 52a, a wire (or bar) 52b suspended from the column 52a, an auxiliary support wire 52c for supporting the column 52a, and the power generation unit 21. Bar-shaped unit fixing member 52d. In such a wind power generation system 50, a large electric energy can be obtained by collecting electricity after the electricity generated in each wind power generation device 20 is converted into a direct current through a rectifier circuit.

なお、この風力発電システム50は、強風時における破損・破壊を防止するために、全体が傾倒自在に構成されていることが好ましい。また、発電ユニット21の自重を利用して振動体11に一定の張力を掛けることができるので、その場合にはユニット固定部材52dは必ずしも必要ではない。但し、振動体11の弧状振動時において、発電ユニット21の保持治具24aが実質的に固定されているとみなされる程度に、発電ユニット21の自重が大きいことが要求される。   The wind power generation system 50 is preferably configured to be tiltable as a whole in order to prevent damage and destruction during strong winds. In addition, since it is possible to apply a constant tension to the vibrating body 11 using the weight of the power generation unit 21, the unit fixing member 52d is not always necessary. However, it is required that the weight of the power generation unit 21 is so large that the holding jig 24a of the power generation unit 21 is considered to be substantially fixed during the arc-shaped vibration of the vibrating body 11.

このような風力発電システム50を縦横に配置してシステムを大型化することができる。このとき、振動体11の主面に平行な方向において振動体11が一直線上に並ばないようにすることが好ましい。   Such a wind power generation system 50 can be arranged vertically and horizontally to increase the size of the system. At this time, it is preferable to prevent the vibrating bodies 11 from being aligned in a direction parallel to the main surface of the vibrating body 11.

図10に別の風力発電システム60の概略構造を、風力発電装置20が具備する振動体11の配置を示すことによって表した平面図を示す。紙面に垂直な方向は振動体11の長手方向であり、各振動体11の長手方向端に図示しない発電ユニット21が取り付けられている。   FIG. 10 is a plan view illustrating the schematic structure of another wind power generation system 60 by showing the arrangement of the vibrator 11 included in the wind power generation apparatus 20. The direction perpendicular to the paper surface is the longitudinal direction of the vibrating bodies 11, and a power generation unit 21 (not shown) is attached to the longitudinal end of each vibrating body 11.

風力発電システム60を構成する複数の振動体11は、その主面が平行で、かつ、その厚み方向(Y方向)および幅方向(X方向)に所定の間隔で、配置されている。X方向に風が吹いたときに振動体11には弧状振動が発生するが、この風力を有効に利用するために、複数の振動体11はX方向において一直線上に位置することのないように並べられている。   The plurality of vibrators 11 constituting the wind power generation system 60 have their main surfaces parallel to each other and are arranged at predetermined intervals in the thickness direction (Y direction) and the width direction (X direction). When the wind blows in the X direction, arc-like vibration is generated in the vibrating body 11. In order to effectively use this wind force, the plurality of vibrating bodies 11 are not positioned on a straight line in the X direction. Are lined up.

この風力発電システム60をX方向から見たときの開口率(振動体11が配置されている領域において振動体11により視界が遮られていない部分の割合)は、20%〜40%とすることが好ましい。この開口率が小さいと発電システム60内での風がスムーズに流れず、一方、この開口率が大きいと発電に利用されない風力が多くなる。この開口率を20%〜40%とすることにより、風を有効に発電に利用することができる。   When the wind power generation system 60 is viewed from the X direction, the aperture ratio (the ratio of the portion where the field of view is not obstructed by the vibrating body 11 in the region where the vibrating body 11 is disposed) is 20% to 40%. Is preferred. When this aperture ratio is small, the wind in the power generation system 60 does not flow smoothly. On the other hand, when this aperture ratio is large, more wind power is not used for power generation. By setting the aperture ratio to 20% to 40%, wind can be effectively used for power generation.

このような風力発電システムは、例えば、防風林に代替する設備として、用いることができ、特に風が強く吹く場所には設置することが好ましい。また、ゴルフ練習場のフェンスや、学校等のグラウンドのフェンス等として用いることも好ましい。   Such a wind power generation system can be used, for example, as a facility that replaces a windbreak forest, and is preferably installed particularly in a place where the wind blows strongly. Moreover, it is also preferable to use as a fence of a golf driving range, a ground fence of a school, etc.

風力発電装置の概略構造を示す斜視図。The perspective view which shows schematic structure of a wind power generator. 振動体の振動態様を模式的に示す側面図。The side view which shows typically the vibration aspect of a vibrating body. 別の風力発電装置の概略構造を示す斜視図。The perspective view which shows schematic structure of another wind power generator. さらに別の風力発電装置の概略構造を示す図。The figure which shows schematic structure of another wind power generator. 図3Aに示す風力発電装置の駆動態様を模式的に示す図。The figure which shows typically the drive aspect of the wind power generator shown to FIG. 3A. 図3Aに示す風力発電装置の変形例を示す図。The figure which shows the modification of the wind power generator shown to FIG. 3A. さらに別の風力発電装置の概略構造を示す側面図。Furthermore, the side view which shows schematic structure of another wind power generator. 図4Aの風力発電装置を構成する圧電素子の構造を示す側面図。The side view which shows the structure of the piezoelectric element which comprises the wind power generator of FIG. 4A. 図4Bの圧電素子のS字型屈曲振動の態様を模式的に示す図。The figure which shows typically the aspect of the S-shaped bending vibration of the piezoelectric element of FIG. 4B. 別の発電ユニットの概略構造を示す断面図。Sectional drawing which shows schematic structure of another electric power generation unit. 図5Aの発電ユニットにおける圧電素子の変形を模式的に示す図。The figure which shows typically the deformation | transformation of the piezoelectric element in the electric power generation unit of FIG. 5A. 図5Aに示す発電ユニットの変形例の概略構造を示す側面図。The side view which shows schematic structure of the modification of the electric power generation unit shown to FIG. 5A. 図6Aに示す発電ユニットの概略構造を示す平面図。The top view which shows schematic structure of the electric power generation unit shown to FIG. 6A. さらに別の発電ユニットの概略構造を示す側面図。Furthermore, the side view which shows schematic structure of another electric power generation unit. 図7Aの発電ユニットにおける駆動態様を示す図。The figure which shows the drive mode in the electric power generation unit of FIG. 7A. 図7Aの発電ユニットにおける別の駆動態様を示す図。The figure which shows another drive aspect in the electric power generation unit of FIG. 7A. 図7Aの発電ユニットの変形例を示す側面図。The side view which shows the modification of the electric power generation unit of FIG. 7A. 別の振動体の構造を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of another vibrating body. 図8Aに示す振動体の弧状振動の態様を模式的に示す図。The figure which shows typically the aspect of the arc-shaped vibration of the vibrating body shown to FIG. 8A. 図8Aの振動体と図5Aの発電ユニットとの接続形態を示す図。The figure which shows the connection form of the vibrating body of FIG. 8A, and the electric power generation unit of FIG. 5A. 図4Aの風力発電装置を用いた風力発電システムの概略構造を示す斜視図。The perspective view which shows schematic structure of the wind power generation system using the wind power generator of FIG. 4A. 別の風力発電システムの構造を振動体の配置で示した平面図。The top view which showed the structure of another wind power generation system by arrangement | positioning of a vibrating body.

符号の説明Explanation of symbols

10・10A・10B・20…風力発電装置、11・11a…振動体、12…圧電素子、13…保持部材、14・14b…連結部材、14a…保持部材、15…バネ、16a…連結棒、16b…保持部材、17…バネ、18…構造物、21・31・31A・41…発電ユニット、22・22a・22b・22c・22d…圧電素子、23…補強板、24a・24b…保持治具、25a・25b・25c・25d…圧電板、26…リード線、27…圧電素子、28…補強板、29…圧電板、32a・32b…連結部材、34a・34c…第1保持部材、34b・34d…第2保持部材、35…支柱、36…スペーサ、37…ボルト、42…保持治具、42a・42b・42c・42d…枠部材、44a・44b・44c・44d…支点、46a・46b・46c…係止部材、47…バネ、48…突起部、50・60…風力発電システム、52…構造物、52a…支柱、52b…ワイヤ(または棒)、52c…支持ワイヤ、52d…ユニット固定部材。   10 · 10A · 10B · 20 ... wind power generator, 11 · 11a ... vibrator, 12 ... piezoelectric element, 13 ... holding member, 14 · 14b ... connecting member, 14a ... holding member, 15 ... spring, 16a ... connecting rod, 16b ... Holding member, 17 ... Spring, 18 ... Structure, 21/31 / 31A / 41 ... Power generation unit, 22 / 22a / 22b / 22c / 22d ... Piezoelectric element, 23 ... Reinforcing plate, 24a / 24b ... Holding jig 25a, 25b, 25c, 25d ... piezoelectric plate, 26 ... lead wire, 27 ... piezoelectric element, 28 ... reinforcing plate, 29 ... piezoelectric plate, 32a, 32b ... connecting member, 34a, 34c ... first holding member, 34b. 34d ... second holding member, 35 ... support, 36 ... spacer, 37 ... bolt, 42 ... holding jig, 42a / 42b / 42c / 42d ... frame member, 44a / 44b / 44c / 44d ... fulcrum, 46a 46b / 46c ... locking member, 47 ... spring, 48 ... projection, 50/60 ... wind power generation system, 52 ... structure, 52a ... strut, 52b ... wire (or rod), 52c ... support wire, 52d ... unit Fixed member.

Claims (8)

平坦なテープ状をなし、その長手方向に所定の張力が掛かるように長手方向端が保持される振動体と、
前記振動体の長手方向端の少なくとも一方に設けられた,矩形板状の圧電素子を有する圧電発電ユニットと、
を具備し、
前記振動体がその主面と平行な方向に吹く風によって弧状に振動し、その振動により前記圧電素子を屈曲させて電気エネルギーを取り出すことを特徴とする風力発電装置。
A vibrating body that has a flat tape shape and whose longitudinal ends are held so that a predetermined tension is applied in the longitudinal direction;
A piezoelectric power generation unit having a rectangular plate-like piezoelectric element provided on at least one of longitudinal ends of the vibrator;
Comprising
A wind power generator characterized in that the vibrating body vibrates in an arc shape by wind blown in a direction parallel to the main surface, and the piezoelectric element is bent by the vibration to extract electric energy.
断面略L字型でテープ状をなし、その長手方向に所定の張力が掛かるように長手方向端が保持される振動体と、
前記振動体の少なくとも一方の長手方向端に設けられた,矩形板状の圧電素子を有する圧電発電ユニットと、
を具備し、
前記振動体がその内角側で風を受けて弧状に振動し、その振動により前記圧電素子を屈曲させて電気エネルギーを取り出すことを特徴とする風力発電装置。
A vibrating body having a substantially L-shaped cross section and having a tape shape, and holding a longitudinal end so that a predetermined tension is applied in the longitudinal direction;
A piezoelectric power generation unit having a rectangular plate-shaped piezoelectric element provided at at least one longitudinal end of the vibrating body;
Comprising
A wind power generator characterized in that the vibrating body receives wind at an inner corner side thereof and vibrates in an arc shape, and the piezoelectric element is bent by the vibration to extract electric energy.
前記圧電素子は、矩形の補強板と、前記補強板の各主面にその長手方向の中央部で離間するように貼り付けられた圧電板とを具備し、
前記圧電発電ユニットは、複数の前記圧電素子と、これら複数の圧電素子をその主面が平行かつその厚み方向で離間するようにその長手方向端で保持する一対の保持治具とを具備し、
前記圧電素子の長手方向が前記振動体の長手方向と平行で、かつ、前記圧電素子の主面が前記振動体の弧状に振動の振幅方向と直交するように、前記一対の保持治具の一方は前記振動体の長手方向の一端に取り付けられ、他方は不動に固定されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の風力発電装置。
The piezoelectric element comprises a rectangular reinforcing plate, and a piezoelectric plate attached to each main surface of the reinforcing plate so as to be separated at the center in the longitudinal direction thereof,
The piezoelectric power generation unit includes a plurality of the piezoelectric elements and a pair of holding jigs that hold the plurality of piezoelectric elements at their longitudinal ends so that the main surfaces thereof are parallel and spaced apart in the thickness direction,
One of the pair of holding jigs such that the longitudinal direction of the piezoelectric element is parallel to the longitudinal direction of the vibrating body and the main surface of the piezoelectric element is in an arc shape of the vibrating body and orthogonal to the amplitude direction of vibration. The wind turbine generator according to claim 1, wherein the wind turbine generator is attached to one end of the vibrating body in the longitudinal direction and the other is fixed to be immovable.
前記圧電素子は、矩形の補強板と、前記補強板の各主面にその長手方向の中央部で離間するように貼り付けられた圧電板とを具備し、
前記圧電発電ユニットは、2個の圧電素子をその主面が平行かつその厚み方向で離間するようにその長手方向端で保持する非拘束な連結部材と、前記2個の圧電素子の一方の長手方向他端を保持するとともに前記振動体の一端に取り付けられる第1の保持部材と、前記2個の圧電素子の他方の長手方向端を保持するとともに所定位置に不動に固定される第2の保持部材とを具備することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の風力発電装置。
The piezoelectric element comprises a rectangular reinforcing plate, and a piezoelectric plate attached to each main surface of the reinforcing plate so as to be separated at the center in the longitudinal direction thereof,
The piezoelectric power generation unit includes an unconstrained connecting member that holds two piezoelectric elements at their longitudinal ends so that their principal surfaces are parallel and spaced apart in the thickness direction, and one longitudinal direction of the two piezoelectric elements. A first holding member that holds the other end in the direction and is attached to one end of the vibrating body; and a second holding that holds the other longitudinal end of the two piezoelectric elements and is fixedly fixed at a predetermined position. The wind power generator according to claim 1, further comprising a member.
前記圧電素子は、矩形の補強板と、前記補強板の各主面にその長手方向の中央部で離間するように貼り付けられた圧電板とを具備し、
前記圧電発電ユニットは、複数の前記圧電素子と、これら複数の圧電素子をその主面が平行かつその厚み方向で離間するようにその長手方向端で保持する一対の保持治具とを具備し、
前記圧電素子の主面が前記振動体の長手方向と直交するように、前記一対の保持治具の一方は前記振動体の長手方向の一端に取り付けられ、他方は不動に固定されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の風力発電装置。
The piezoelectric element comprises a rectangular reinforcing plate, and a piezoelectric plate attached to each main surface of the reinforcing plate so as to be separated at the center in the longitudinal direction thereof,
The piezoelectric power generation unit includes a plurality of the piezoelectric elements and a pair of holding jigs that hold the plurality of piezoelectric elements at their longitudinal ends so that the main surfaces thereof are parallel and spaced apart in the thickness direction,
One of the pair of holding jigs is attached to one end in the longitudinal direction of the vibrating body, and the other is fixed immovably so that the main surface of the piezoelectric element is orthogonal to the longitudinal direction of the vibrating body. The wind power generator according to claim 1 or 2, characterized by the above.
前記圧電素子は、矩形の補強板と、前記補強板の各主面にその長手方向の中央部で離間するように貼り付けられた圧電板とを具備し、
前記圧電発電ユニットは、複数の前記圧電素子と、これら複数の圧電素子をその主面が平行かつその厚み方向で離間するようにその長手方向端で保持する,四角枠状の保持治具とを具備し、
前記保持治具は、対向する辺が平行を維持したまま剪断変形自在であり、その1つの頂点が前記振動体の長手方向端部に取り付けられ、この頂点と対向する頂点は所定位置に固定されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の風力発電装置。
The piezoelectric element comprises a rectangular reinforcing plate, and a piezoelectric plate attached to each main surface of the reinforcing plate so as to be separated at the center in the longitudinal direction thereof,
The piezoelectric power generation unit includes a plurality of the piezoelectric elements, and a rectangular frame-shaped holding jig that holds the plurality of piezoelectric elements at their longitudinal ends so that their principal surfaces are parallel and spaced apart in the thickness direction. Equipped,
The holding jig can be sheared and deformed with the opposite sides kept parallel, and one vertex is attached to the longitudinal end of the vibrating body, and the vertex facing the vertex is fixed at a predetermined position. The wind power generator according to claim 1 or 2, wherein the wind power generator is provided.
前記振動体の長手方向の少なくとも一端が前記圧電素子の主面の中央部に取り付けられており、
前記圧電発電ユニットは、前記圧電素子の主面と前記振動体の長手方向とが直交するように前記圧電素子の長手方向端を保持するための保持部材と、前記圧電素子の屈曲振動を補助するために前記圧電素子において前記振動体が取り付けられていない主面の中央部に取り付けられた弾性体とを具備することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の風力発電装置。
At least one end in the longitudinal direction of the vibrating body is attached to a central portion of the main surface of the piezoelectric element,
The piezoelectric power generation unit assists bending vibration of the piezoelectric element, a holding member for holding a longitudinal end of the piezoelectric element so that a main surface of the piezoelectric element and a longitudinal direction of the vibrating body are orthogonal to each other. The wind power generator according to claim 1, further comprising: an elastic body attached to a central portion of a main surface of the piezoelectric element to which the vibrating body is not attached.
前記保持部材は、前記圧電素子を双安定状態の一方の姿勢で保持し、前記弾性体は、前記圧電素子の双安定状態間での屈曲振動を補助することを特徴とする請求項7に記載の風力発電装置。   The said holding member hold | maintains the said piezoelectric element in one attitude | position of a bistable state, and the said elastic body assists the bending vibration between the bistable states of the said piezoelectric element, It is characterized by the above-mentioned. Wind power generator.
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